海水就地γ谱测量最小探测活度影响因素研究

海水就地γ谱测量可实现海洋放射性环境的实时在线监测和预警。为了确保准确测量海水中低含量的放射性核素,利用实验和MC模拟研究了Na I(Tl)就地γ谱仪本底计数、测量时间和探测效率对最小探测活度的影响。结果表明:将γ谱仪放置在合适的测量深度可减小本底计数,从而降低最小探测活度;γ射线能量、探测器晶体类型及体积、封装材料类型及厚度也会对最小探测活度产生影响。研究结果可为海水就地γ谱仪的研发和改进提供重要参考依据。     

海水NaI-LaBr_3双探测器在线监测γ能谱的MC模拟

NaI-LaBr_3双探测器应用于海水在线辐射监测可更好地实现人工放射性核素监测预警及活度分析。为研究双晶体在线监测γ能谱的MC模拟方法,在实验室初步搭建双晶体探测系统进行了点源能谱实验,根据实验设计通过MCNP5对双晶体探测系统建模,计算了γ射线在双晶体内的归一化能谱,并利用MATLAB编写程序实现了双晶体MC模拟高斯展宽,模拟谱与实验谱对比误差较小。结果表明,双晶体MC模拟和展宽方法是可行的,可应用于下一步计算海水体源比活度响应曲线。     

CeBr3探测器原位测量海洋γ放射性核素模拟研究

针对海洋环境本底复杂、人工γ放射性核素含量低导致目标核素测量精度低的问题,提出将CeBr₃闪烁体探测器应用于海洋γ放射性核素原位测量的方案。通过MC模拟,计算分析了CeBr₃探测器对海洋环境中常见人工γ放射性核素的探测效率、有效探测距离、在海水中的本底能谱(包括探测器自身放射性)、最小可探测活度浓度(MDAC)等,并与传统NaI(Tl)、LaBr₃(Ce)探测器的性能进行了对比分析。研究结果表明,所提出的海洋原位γ放射性测量方案能够弥补传统低分辨率NaI(Tl)探测器与复杂本底LaBr₃(Ce)探测器在海洋环境下对γ射线测量的不足,对提升海洋原位γ探测器在海洋放射性污染监测的智能预警能力以及对海洋环境资源的保护能力等方面具有重要意义。     

海水就地测量探测器探测效率的Monte Carlo研究

为研制用于海洋放射性监测(特别是核电海域)的海水中就地γ能谱仪,利用Monte Carlo程序MCNP,采用分层抽样、结果加权叠加的方法,模拟了海水中NaI(Tl)、HPGe、CdZnTe、LaBr等探测器在理想状况下对几种有关γ射线的能谱,并分析计算出以上各探测器对海水中137Cs6、0Co5、4Mn4、0K等放射性核素的探测效率、有效探测距离。结果表明,各探测器对γ放射性核素的有效探测距离约为20~40cm,具体数值与探测器种类和γ射线能量有关。综合探测效率和能量分辨率而言,LaBr探测器具有最好的实际应用价值。该结果为实际的海水中就地γ能谱仪的探测器选择和应用提供了重要参考。     

就地γ能谱中天然核素峰谷比随砂土容重的变化

对就地γ能谱中天然核素峰谷比与砂土容重的关系进行了理论推导、MC计算及实验研究.结果表明,对半空间无限大体源,峰谷比是一常数,不随砂土容重而改变;对有限体积体源,峰谷比将随砂土容重的增大而减小,体源尺度越小,这种变化越灵敏,但总体变化幅度不大.对半空间无限大均匀体源的就地γ谱仪测量工作,由于源的纵向厚度无法人为控制,且即便在探测器视野减小的情况下,峰谷比随源容重的变化幅度也很小,因此通过通常的峰谷比方法测量砂土容重不可行.研究也表明,对半空间无限大均匀体源,就地γ能谱中同一天然核素两不同能量γ射线计数率比值,亦不随砂土容重的变化而改变.研究结论修正了“利用天然核素的就地γ能谱峰谷比可确定土壤密度”的结论;同时揭示,“利用航空γ能谱全谱信息,…也能完成…地层密度的测定”的可行性,尚应进一步探究;也发现,利用峰谷比原理,应用铅准直器屏蔽探测视野,可测量确定一堵孤立物体(如墙壁)的质量厚度,厚度越小灵敏度越高.     

蒙特卡罗模拟NaI探测天然γ能谱的软件设计方法及应用

由单个光子在地表介质和NaI探头中的反应轨迹与作用机理以及天然放射性γ能谱的分布规律,建立基于蒙特卡罗方法的随机抽样模拟模型,编制γ能谱探测模拟软件模拟在地空界面上及NaI(Tl)探测器中天然放射性γ射线响应谱线。结果显示,模拟谱线能较好拟合测量谱线。     

MC法刻度水中γ放射性在线监测装置探测效率

检验了蒙特卡罗(MC)方法刻度水中γ在线监测装置探测效率的可行性和准确性。用MCNP4C模拟装置中的Na I探头对水中~(137)Cs和~(60)Co的探测效率,与点源代替体源效率标定的实验结果相比较,偏差范围小于10%。再根据模拟计算的全能峰探测效率刻度曲线,估算水中γ核素的活度浓度,与实验室取样分析的偏差为-12.6%。结果表明,基于正确的MC计算模型,模拟Na I对水体γ放射性的探测效率,简便易行,可应用于工业废水及饮用水等领域在线γ监测的效率刻度工作。     

NaI(Tl)闪烁探测器对铯源响应的蒙特卡罗模拟

对NaI(Tl)探测器的γ能谱进行了MC模拟,模拟研究了不同源-探距、不同能量分辨率、不同模拟时间和平面源分布等条件下的137Cs γ能谱.137Cs点源的模拟谱与实测谱的对比表明两者基本相符.     

海洋γ谱连续监测方法模拟

通过蒙特卡罗程序MCNP(Monte Carlo N Particle Transport Code)建立了海洋γ谱连续监测的测量模型,模拟计算不同能量γ射线在海水中的衰减情况和有效探测距离。根据我国近岸海域海水中天然放射性核素活性浓度,模拟得到不同晶体尺寸NaI探测器连续监测的本底谱,分析能量分辨率对全能峰本底计数率的影响并探讨了影响NaI探测器能量分辨率的因素。最后针对我国核电厂周围海域中重点关注的人工放射性核素,并假设不同尺寸NaI晶体在能量662 keV处分辨率保持7.0%不变的条件下,分别计算了不同尺寸NaI晶体探测器在海洋γ谱连续监测中的探测效率、本底计数率和最小可探测活性浓度等技术参数。模拟结果为海洋或其它水体中γ谱连续监测方法的应用提供技术参考。     

应用蒙特卡罗方法模拟HPGeγ谱仪的体源探测效率

采用蒙特卡罗方法模拟计算了HPGeγ谱仪对标准样品体源的全能峰探测效率;然后通过实验测量获得标准样品体源各特征能量γ光子的全能峰净计数,并结合模拟得到的全能峰探测效率计算出标准样品体源中天然放射性核素的比活度,计算结果与标称值的相对偏差在±3%以内,符合较好。     

海水放射性监测装置研制及初步测试结果

日本福岛核事故向海洋释放了大量的放射性核素,海洋放射性监测开始受到关注.研制了一套基于NaI(T1)闪烁体的海水放射性监测装置,对此装置的性能进行了模拟计算和初步测试.模拟计算结果表明,装置对137 Cs全能峰探测效率为2.17×10-5cps/ (Bq·m-3).通过实际刻度实验,本装置对137Cs全能峰探测效率为2.27×10-5cps/(Bq·m-3),与模拟结果符合较好.用该装置在福建沿海海域进行了水下测试,测量得到海水本底谱,利用该本底谱计算得到本装置对海水中的137C8的最小可探测活度约为580 Bq/m3.实验结果表明本装置可有效地应用于海洋放射性日常监测和事故状态下的核污染监测,并给出了本装置的后续改进方法.     

求解航空γ 能谱模拟中的深穿透问题

蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟方法被广泛应用于γ能谱分析参数的获取,但因探测高度较高带来的深穿透问题限制了其在航空γ能谱中的应用。研究发现,探测器距离地层边界大于可探测半径时,MC模拟得到地层上空相同高度所有航空γ能谱仪响应规律均相同。根据这一规律,本文提出一种球壳型地层、航空γ探测器的MC模拟模型,通过对4个航空γ能谱仪刻度模型的模拟发现,MC模拟谱与多次实测平均谱吻合较好。同时利用该模型模拟了芬兰Vesivehmaa地区4种典型核素于100 m高空的刻度系数,结果显示模拟值与取样实测值及Allyson自编软件模拟值在±20%内符合,证明该模型能很好地应用于航空γ能谱仪地层信息反演计算参数的快速获取。     

KCl校准溶液中~(40)K活度浓度的定值方法

水下就地γ谱仪的探测效率校准,要用到大体积液体~(40)K放射源。该放射源是通过在大体积水箱中配置KCl溶液制作而成。溶液活度浓度的准确定值是进行探测效率校准的基础。使用HPGe探测器进行取样能谱测量实验,并给出了KCl校准溶液活度浓度定值的质量丰度法、实验效率外推法、实验和MC模拟相结合法、半经验公式法等实用方法。     

MC法模拟不同中子源激励铀材料中子和γ飞行时间谱

为探索中子源激励探测铀材料应用技术,基于Geant4平台建立了中子源激励铀材料模拟中子和γ飞行时间谱的数学模型,模拟计算了利用不同中子源激励铀材料、使用不同探测器计数的中子和γ飞行时间谱,结果与已有相应实验谱特征相符。模拟结果表明:D-D和~(252)Cf源激励得到的中子和γ飞行时间谱有明显差异;在相同激励源和测量几何条件下,使用液体闪烁体探测器和塑料闪烁体探测器记录到的中子和γ飞行时间谱基本相同。本文结果可为外中子源激励探测铀材料技术研究提供参考。     

航空γ能谱中人工放射性信息提取方法初探

最小二乘法的航空γ能谱解析可有效分离各辐射源的响应谱,基于此获得的人工核素响应谱可有效应用于地面人工核素定位与定量计算。本文针对以往研究的不足展开讨论,依据实验分析获得航空γ能谱中宇宙射线湮灭辐射强度与宇宙射线道计数成线性规律,并利用蒙特卡罗(Monte Carlo,MC)模拟获得航空γ谱仪对宇宙射线中湮灭辐射的响应谱;实验发现可运用"航空γ谱仪对平衡天然铀系地层的响应谱"替代"航空γ谱仪对大气氡子体的响应谱"。并将上述结论应用于静态点源活度反演实验及人工辐射热点定位,证实该方法能更准确地提取人工放射性信息,为核应急中航空γ能谱的有效应用提供参考。     

MCNP能峰展宽的NaI探测效率研究

本文利用光子和电子耦合输运MC程序的电子脉冲计数类型的能峰展宽模拟计算了NaI(T1)探测器的γ能谱,与实验测量的能谱符合较好.然后利用MCNP计算了NaI(T1)对不同能量γ射线的探测效率(峰总比),结果与实验值一致,验证了这种计算方法用于模拟NaI(T1)对γ能谱的探测效率是可行的.     

航空γ能谱仪无源效率刻度方法研究

因人工放射性核素的航空γ能谱仪实物刻度模型匮乏,导致难以依据航空γ能谱准确反演地面人工放射性核素的含量。本文基于窄束γ射线指数衰变规律与微积分的思想建立了任意形状的γ辐射源上空航空γ能谱仪无源效率刻度的数值计算模型。通过低空探测实验、高空变化趋势分析、5-100 m高空探测实验证明该模型适用于任意位置点源航空γ能谱仪全能峰探测效率数值计算。同时计算发现在低空探测时不同γ辐射的面源与体源的航空γ能谱仪全能峰探测效率与MCNP5模拟值的相对偏差在±1.5%以内,且含1 460.83 ke V或2 614.533 ke Vγ射线的无限大体源90-150 m探测高空计算结果与石家庄动态带上的实验值相对偏差为8.33%-15.82%。上述实验充分证实该无源效率刻度计算模型适用于航空γ能谱探测实践,为利用航空γ能谱仪寻找丢失放射源及核事故应急监测提供技术支持。     

用于HPGe探测器效率标定的模拟气体刻度源的研制

准确校准测量系统的探测效率是HPGe探测器γ能谱法测量放射性气体活度的关键,放射性气体的半衰期一般较短且样品制备过程复杂,这些客观因素给效率校准工作带来很多不便。本工作提出了模拟气体刻度源的制备方案并进行了实验研究,所制备的模拟刻度源最小基质密度为0.043g/cm3,自吸收的影响小于0.5%。通过与效率参考值的比较表明,模拟气体刻度源的制备方案简单可行,所制备的模拟气体刻度源可代替气体标准源实现气体活度测量中HPGe探测器的效率校准以及探测效率的日常监督。     

环境水样自动监测装置的效率标定及Monte Carlo模拟

为获得自动取样监测装置中的NaI(Tl)探测器对于低水平环境水样中人工放射性核素137Cs比活度,对NaI(Tl)探测器γ能谱响应进行了实验标定与Monte Carlo模拟,分别模拟了探测器对137Cs点源的能谱响应,探测器置于铅室内137Cs溶液中央的能谱响应。探测效率与峰总比的模拟计算结果与实际值基本一致。结果表明,利用经较高比活度实验结果验证的MC计算模型,可校正低活度水平环境水样的测量值,为在线监测方法的建立提供了技术支持。     

γ谱法监测环境中放射性气溶胶

为了更有效地对环境中放射性气溶胶进行监测,探讨了γ谱法测量放射性气溶胶的监测方法。该方法将环境中气溶胶颗粒过滤到滤膜之上,利用配以闪烁体探测器的γ谱仪测量过滤膜上的γ放射性气溶胶颗粒的γ能谱,通过γ能谱解析来获得环境样品中放射性核素类型及其活度。实验结果表明:该方法可有效地监测放射性气溶胶,对环境样品中放射性核素具有一定的鉴别能力。